首創納米雙相金屬玻璃薄膜同時提升鎂合金的強度塑性

2020-09-05 特鑄雜誌


每日一語

你不勇敢，沒人替你堅強。

鎂合金由於高強度低密度的特點，在航空航天和汽車工業等領域的應用日益增加。然而Mg具有的六邊形緊密堆積(HCP)晶體結構無法提供足夠的滑移系統使其發生塑性變形，限制了其延展性，也嚴重阻礙了鎂合金作為高性能結構材料的廣泛應用。目前研究人員致力於在微觀結構設計方面採用一些創新的方法，以提高材料的力學性能。

與傳統的鎂合金相比，非均勻結構的鎂合金或納米玻璃具有固有的延展性，受此啟發，呂堅院士團隊設計出了一種鎂基納米雙相金屬玻璃（NDP-MG），並將其沉積在梯度納米晶鎂合金的頂部，以同時提高強度和延展性。研究成果以「Nano-Dual-Phase Metallic Glass Film Enhances Strength and Ductility of a Gradient Nanograined Magnesium Alloy」為題發表於《Advanced Science》（IF=15.84）。這一設計理念結合雙相金屬玻璃與梯度納米結構的優勢，成功在合金強度提升31%的基礎上維持良好的拉伸塑性（20%）。高強度可歸因於引入的納米顆粒層，而NDP-MG有效地阻止了納米顆粒層的裂紋擴展，經歷了多次剪切帶和納米晶化，同時納米晶層經歷晶粒長大，鎂合金內部基體提供應變硬化，從而提高混雜納米結構鎂合金的塑性。


論文連結：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/advs.202001480


引入梯度納米晶結構可以增強鎂合金。然而，由於受到hcp結構的限制，這種方法無法使鎂合金具備高塑性。文中通過在梯度表面沉積一層鎂基NDP-MG薄膜，製備了一種混合納米結構的鎂合金納米晶鎂合金，延展性可明顯提高至20%。同時，屈服強度保持在230MPa，比一般合金提升31%。


表面機械研磨處理（SMAT）通過引入納米顆粒層有效提升了合金強度，NDP-MG複合剪切帶和晶化的協同作用、NDP-MG的阻裂作用、SMATed納米晶層的晶粒長大促進了大塑性變形。這些機制有助於鎂合金形成優異的機械性能，克服了強度-延性難以權衡的困境。

此外，這種混合納米結構合金設計方法結合了非均相鎂和梯度納米顆粒結構的概念，可應用於其他合金系統，以實現高強度和延展性。



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